基于单片机控制的WIFI智能小车毕业设计

《基于单片机控制的WIFI智能小车毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机控制的WIFI智能小车毕业设计（54页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、毕业设计说明书设计题目:基于单片机的 WIFI 智能小车设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 10-1 学 号: 1036015 姓 名: 邹 君 指导教师: 陈运军 二一二年十二月三日四川信息职业技术学院毕业设计任务书四川信息职业技术学院毕业设计任务书学 生姓 名邹君学号1036015班级应电 10-1专业应用电子技术设计题目基于单片机的 WIFI 智能小车的设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注陈运军四川信息职业技术学院15883518875设计（论文）内容：运用单片机、WIFI 传输知识设计一个可远程视频监控小车。完成电路设计方案的选择；单元电路的设计；整机电路

2、的原理分析；电路实物的制作。功能要求如下：1实现用电脑、智能手机对小车进行远程控制。2小车摄像头采集视频同步到 PC 上位机。3其他的报警装置。进度安排：第 56 周：消化课题，收集有关资料，选择参考方案；第 78 周：确定设计方案并熟悉部分器件的用途；第 910 周：划分功能模块，设计单元电路，软件模块设计；第 1112 周：分析电路原理，完成设计过程，仿真电路（制作实物） ；撰写论文初稿。第 1314 周：按毕业论文的各项要求，整理论文；修改、完善论文，检查定稿；制作 PPT，准备答辩；第 1516 周：毕业答辩。主要参考文献、资料：1 张永枫单片机应用实训教程北京：清华大学出版社，200

3、82 刘守义单片机应用技术西安：西安电子科技大学出版社，20073 赵克林C 语言实例教程北京：人民邮电出版社，20094 徐 玮C51 单片机高效入门北京：机械工业出版社，20065 刘建清从零开始学单片机技术北京：国防工业出版社，20066 刘建清从零开始学单片机 C 语言北京：国防工业出版社，2006审批意见教研室负责人：年 月 日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书II 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份 四川信息职业技术学院毕业设计说明书I目录摘 要.1第 1 章 论 述.2第 2 章 方案论证及选择.42.1 总体设计方案 .42.1.1 整机系统.4

4、2.1.2 整机工作原理.52.2 系统方案的选择与比较.5第 3 章 硬件电路设计.63.1 DB120-WG 无线路由器.63.1.1 刷机固件介绍.63.1.2 刷机步骤.73.2 单片机最小系统设计.93.2.1 主控制芯片 89C52.93.2.2 STC89C52RC 单片机最小系统.113.2.3 89C52 单片机的使用.133.3 电机驱动电路.143.3.1 电机驱动模块使用.143.3.2 驱动原理及电路图.153.3.3 驱动模块原理及电路原理图.153.4 摄像头介绍 .163.4.1 摄像头简介.163.4.2 摄像头的分类.173.4.3 摄像头的工作原理.173

5、.4.4 摄像头的主要结构和组件.17 四川信息职业技术学院毕业设计说明书II 3.5 舵机.183.5.1 舵机的控制.183.5.2 舵机的作用.193.6 电源模块 .193.6.1 LM78 系列集成稳压芯片介绍.193.6.2 稳压电路.203.7 路由器及驱动模块供电模块 LM2596.203.7.1 LM2596 系列开关稳压集成电路的主要特性.213.7.2 LM2596 构成的可调压电源模块.213.8 灯光、蜂鸣器及电平转换电路设计.23第 4 章 系统程序设计.244.1 系统程序简介.244.2 程序流程图.244.2.1 主程序流程图.244.2.2 串口中断子函数流

6、程图.254.2.3 定时器 2 中断子函数流程图.254.2.4 避障子函数流程图.264.2.5 寻迹函数流程图.26第 5 章 制作与调试.295.1 系统仿真 .295.1.1 常用软件介绍.295.1.2 仿真测试.305.2 实物调试 .31结论.32参考文献.33附录 1系统设计原理图.34附录 2元器件明细表.35 四川信息职业技术学院毕业设计说明书III 附录 3源程序.36 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 1 页 共 54 页摘 要WIFI 智能小车由电机、小车车体、89C52 控制芯片、WIFI 收发模块、电机驱动、舵机、电源、摄像头等主要部件以及灯光、蜂鸣器、电平

7、转换等辅助模块构成。WIFI智能小车利用笔记本或手机等能连接无线路由器的终端智能设备连接到路由器，通过应用软件显示路由器上摄像头上采集到的视频信号，再通过这些智能的终端设备发送控制指令到无线路由器，通过无线路由器将指令传送给单片机进行处理。然后通过单片机控制电机驱动驱动电机转动、舵机转动，从而实现控制小车的运动及视频采集。关键词 路由器；wifi；智能小车；89C52 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 2 页 共 54 页第 1 章 论 述现在是一个智能化的时代，各种智能化设备正在逐步替代人为的操作。随着汽车工业的迅速发展，关于智能汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几

8、乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。设计的 WIFI 智能小车能够实自动寻迹、避障功能，可程控行驶速度、电脑手机 WIFI连接控制行驶及其他的控制方式。本系统能实现对小车的运动状态进行实时控制。系统控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计以 89C52 为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍并测量小车与障碍之间的距离，小车通过红外传感器能够的自动避障，通过改变 PWM 信号的占空比可以控制快慢速行驶，以及自动停车，自动寻迹等功能。通过对本小车研究，我们可以初步构建智能汽车的模型与理论基础。对于智能汽车的研究，国内外都有很大的成就，谷歌的无人驾驶

9、汽车，已经能够在高速公路上安全行驶数千公里，在高速行驶下都能有这么好的操控能力，无非是智能汽车领域的一座里程碑。对于智能泊车系统，现在也已经进入了民用领域，很多车型也装配了该系统，有了他，汽车用超声波传感器扫描路面两侧，通过比较停车的空间和车辆的长度，自动寻找合适的停车位。找到合适位置后，驾驶者只需控制刹车，车辆自动控制转向操作，即可将车停进停车位，并且液晶屏会有相应的显示。 本设计选用的 89C52 单片机属于 MCS-51 系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048的延伸，改进了 8048 的缺点，具有指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5 个中断源。采用 40 引脚

10、双列直插式 DIP。其内部有 128 个 RAM 单元及 4K 的ROM。89C52 有两个 16 位定时计数器，两个外中断，三个定时计数中断，及一个串行中断，并有 4 个 8 位并行输入口。89C52 内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 22.1184MHz 的晶振频率。由于 89C52 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故用来作为控制核心。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。本设计主要研究内容就是基于 89C52 设计一部 WIFI 智能小车，小车能够实现自动循迹，自动避障，

11、超声波测量距离。WIFI 遥控的智能小车控制系统，包 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 3 页 共 54 页括了对驱动电路，红外通讯以及无线视频通信等的探索和研究。本项目文主要从小车设计方案的选取、硬件设计、软件设计、测试结果方面进行主要论述。我们在第 3 章主讲单片机与路由器的设计，包括了单片机最小系统的电路设计对路由器进行刷机处理；整个小车的一个供电电源的设计，需要通过电源给整个系统供 12V、8V、5V 等几个电压；电机的驱动模块，详细的说明了电机驱动的原理，视频信号的采集；第 4 章程序的设计给出了程序整体的流程图及编写思想；第 5 章调试简述整机的每个模块调试及方法。 四川信息职

12、业技术学院毕业设计说明书第 4 页 共 54 页第 2 章 方案论证及选择2.1 总体设计方案WIFI 智能小车需要由 WIFI 模块、电机驱动模块、核心控制模块、摄像头模块等构成。2.1.1 整机系统如图 2-1 所示。路由器模块89C52 单片机电机驱动模块蜂鸣器电路照明电路摄像头电脑控制终端电机图 2-1 系统结构框图项目系统包括路由器、单片机最小系统、电机驱动电路、电机、电平转换电路、电源电路、舵机、摄像头、蜂鸣器电路、灯光电路等。路由器用于接收电脑等终端设备发送的指令和将摄像头采集到的视频信号传送到电脑等终端设备；单片机最小系统是整个小车的控制核心，控制着各个模块统一协调工作；电机驱

13、动电路用于驱动电机转动，可以使电机产生正转、反转，从而使车体产生前进、后退、转弯等动作；电机的作用就是使整个车体运动；电平转换电路是将路由器输出的 3.3V 串口电平转换为单片机能判断的高低电平；电源电路作用是为整个小车系统共电；舵机制作成云台，然后装上摄像头，使摄像头可实现上下、水平方向 180 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 5 页 共 54 页度旋转调节；摄像头用于采集视频信号；蜂鸣器电路用于报警提示；照明电路为小车在夜间行驶提供照明。2.1.2 整机工作原理由电脑终端，通过 WIFI 无线网络连接到路由器，再通过电脑应用软件，向路由器发送控制命令及数据。路由器接收到数据后通过内部

14、的串口发送软件，将接收到的命令和数据，通过路由器串口发送到 89C52 单片机的串口端，单片机接收到这些命令后执行相应的指令，如：驱动小车运动、舵机运动、蜂鸣器鸣叫、照明电路的开关等。视频信号，通过摄像头采集之后通过路由器发送到电脑终端，并在其应用软件中显示摄像头采集到的视频信号。2.2 系统方案的选择与比较方案一：选择网上已经经过改装过的 wifi 小车专用的 TPLINK WR703N 无线路由器做为我们 wifi 小车的 wifi 连接模块，使用 MSP430g2553 单片机作为 wifi 小车的控制芯片。自己再够买元器件，自己搭接电源、驱动电路及单片机最小系统。方案二：利用网上大家公

15、认做 wifi 小车较好的大亚 db120-wg 无线路由器，作为我们的 wifi 智能小车的 wifi 连接模块，使用我们教学用的 51 系列单片机 89C52 做为我们 wifi 智能小车的控制芯片。利用手里面现有的一些电源、驱动等模块等制作我们的wifi 智能小车。方案选择：基于我们对成本和制作性的考虑我们选取的是方案二。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 6 页 共 54 页第 3 章 硬件电路设计3.1 DB120-WG 无线路由器路由器如图 3-1：路由器内部如图 3-2 所示。3.1.1 刷机固件介绍固件 wifi-robots-openwrt-RG100A_DB120-cf

16、e 固件说明：1、Ser2net 已设置开机启动图 3-1 db120-wg 路由器图 3-2 路由器内部结构图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 7 页 共 54 页2、mjpg_streamer 开机启动。摄像头只有 2 种驱动，uvc 和 301，目前开机mjpg_streamer 缺省启动了 301 摄像头，301 摄像头无需设置直接跳到第 3 步，uvc 需要修改下即可 ssh 登陆后，vi etc/init.d/wificar，找到摄 301 像头参数 mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 640 x480 -f 30 -o output_ht

17、tp.so -p 8080 -w /web修改为 uvc 参数mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -y -o output_http.so -p 8080 -w /web然后在 putty 命令行下输入 chmod 777 /etc/init.d/wifirobot 更改属性输入/etc/init.d/wificar enable 启动该配置文件 重启路由器，301 摄像头设置完成。3、支持 Luci/web 管理,错误设置后不能进入的，可以长按复位键 回初始模式4、网络设置，目前是 AP 模式，IP:192.168.1.1。3.

18、1.2 刷机步骤1、网线连接电脑和路由器的 LAN1（靠近电源那个网口，升级只能使用此口，有的版本丝印不是 LAN1，反正记住靠近电源的那个口即可） ，电脑 IP 设置为192.168.1.169/255.255.255.0，192.168.1.1；设置完成点击网络邻居，选择属性，选择升级用的有线网口，右键点修复。2、用 USB TTL 线接好路由的 GND、RXD、TXD 三条线（VCC 电源千万别接，会烧路由） ，打开 putty，选好端口号，端口号请查看电脑设备管理器，设置波特率为115200，点击下面的 Open。3、路由器通电，接线且设置正确的话，putty 窗口应该出现路由器的信息

19、，在通电 3 秒内，按下键盘的回车键，阻止路由器 CFE 启动，这时候应出现 CFE。4、输入小写 e a，e a 之间有个回车键，然后再按下 y，点击回车，路由器开始擦除清除原系统固件。清除之后，路由会持续输出很多命令行，且不会停止，我们不用管，关掉路由电源。5、重新打开路由电源，和第四步一样，通电 3 秒内按下回车键阻止 CFE 继续启动打开浏览器，输入 192.168.1.1，应看到上传固件的的选择文件，putty 窗口也会出现路由器升级进度信息，此时千万不要断电，理论上此时断电会刷坏路由器，升级完成后，耐心等待 5 分钟，路由器会自动重启。6、等待路由启动后，等待几分钟再次重启一次路由

20、，打开网页 192.168.1.1，输入密码登陆进入路由器的设置，将路由器的无线网络开启，只有这样电脑等终端设备才能通过 wifi 信号和路由器连接。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 8 页 共 54 页7、用 putty 登陆路由，转到/etc/init.d/目录，可以看到一个 ser2net.conf 文件，打开它可以看到路由串口的配置信息，默认配置的波特率是 9600,8 位数据位，1 位停止位，无校验位。完成之后需要设定 mjpg-streamer 和 ser2net 随机启动，不然没法正常工作。8、由于我使用的摄像头是 301 芯片的，在电脑上显示会花屏，所以还需要对脚本进行修

21、改，其操作步骤如下：具体步骤：a、登陆路由器：telnet 192.168.1.1 (IP 地址根据你的路由器实际地址而定)。b、编辑脚本/etc/init.d/wificar：# vi /etc/init.d/wificar （在 START=80 后面增加一行 killall mjpg_streamer，修改后的脚本看下面内容。 ）#!/bin/sh /etc/monSTART=80killall mjpg_streamerstart() mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 640 x480 -f 15 -o output_http.so p 8080

22、-w /web# mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -y -o output_http.so -p 8080 -w /webser2netstop()killall mjpg_streamerkillall ser2netc、保险起见，修改 wificar 脚本权限。# chmod -777d、重启路由器。# sync；sync；reboot9、插上 301 芯片的摄像头，在电脑上打开我们的一个 wifi 小车的控制界面软件，选择 wifi 控制模式，然后打开视频，这时我们可以看到一个稳定视频信号通过路由器 四川信息职业技术学院

23、毕业设计说明书第 9 页 共 54 页无线传送到了我们的电脑终端，至此说明我们路由器刷机及其配置完成。3.2 单片机最小系统设计最小系统主控芯片是宏晶公司 MCS-51 系列单片机中的 89C52。3.2.1 主控制芯片 89C5289C52 是宏晶公司 MCS-51 系列单片机中基本的产品，它采用ETC 公司可靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 HCMOS产品。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS-51 单片机体系结构和指令系统，属于80C51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数

24、器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52 内置 8 位中央处理单元 、256 字节内部数据存储器 RAM、8k 片内程序存储器（ROM）32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52 还可工作于低功耗模式，可通过两种 软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU 而 RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。 89C52 有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。主要功能特性 ：1、标准

25、MCS-51 内核和指令系统。2 、32 个双向 I/O 口。3、3 个 16 位可编程定时/计数器。4、向上或向下定时计数器。5、6 个中断源。6、全双工串行通信口。7、帧错误侦测。8、自动地址识别。9、空闲和掉电节省模式。10、片内 8kROM（可扩充 64kB 外部存储器） 。11、256x8bit 内部 RAM（可扩充 64kB 外部存储器） 。12、时钟频率 3.5-12/24/33MHz。13、改进型快速编程脉冲算法。14、5.0V 工作电压。15、布尔处理器。16、4 层优先级中断结构。17、兼容 TTL 和 CMOS 逻辑电平。18、PDIP(40)和 PLCC(44)封装形式

26、。管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 10 页 共 54 页它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，

27、可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊

28、功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口作为 STC89C52 的一些特殊功能口，管脚备选功能 ： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时

29、器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 11 页 共 54 页在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可

30、在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。/EA / VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引

31、脚也用于施 加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡电路：外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。为了使装置能够被外部 时钟信号激活，XATL1 应该有效，而XTAL2 应该被悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信号，外部信号的工作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大小可以在数据表上观察出来。 当正常工作时，外部振荡器可以计算出XTAL1 上的电容，最大可达到100pF。这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外部信号是标准高

32、电平或者低电平时，电容不会超过 20pF。空置模式：用户的软件都可以调用空置模式。当单片机出于这种模式，耗能就会自然降低。特殊功能端和板子上的随机存储器在空置状态保持各自的电平。但是处理器阻止装置执行指令。空置模式会被激活如果端口处于复位状态或者中断系统有效。 3.2.2 STC89C52RC 单片机最小系统 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 12 页 共 54 页 STC89C52RC 单片机最小系统的基本工作电路包括电源电路、时钟电路和复位电路。其组成方框图如图 3-3 所示。单片机电源电路时钟电路复位电路图 3-3 单片机最小系统组成方框图1电源电路电源电路模块为单片机最小系统和其他

33、功能模块提供标准的+5V 电源电压。2时钟电路单片机的时钟信号为单片机芯片内部的各种操作提供时间基准，时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为 12MHz。MCS-51 系列单片的时钟信号可以由两种方式产生：一种为内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路；另一种为外部时钟方式。其两种电路如图 3-4 所示。（a）内部时钟方式 （b）外部时钟方式图 3-4 单片机时钟信号示意图3复位电路单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。当在 MCS-51 系列单片的 RST 引脚处引入高电平并保持 2 个机器周期，

34、单片机内部就执行复位操作。单片机常见的复位电路有两种基本形式：一种是上自动电复位，另一种是手动复位。其两种电路方式如图 3-5（a） 、 （b）所示。由于 STC89C52RC 单片机芯片内有时钟振荡电路，所以此系统单片机均采用内部时钟方式。只需在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号脉冲信号。同时，也采用手动复位电路。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 13 页 共 54 页其具体电路设计如图 3-6 所示。（a）上电自动复位 （b）手动复位图 3-5 单片机复位电路示意图在此图中，C1、C2 电容的作用的是稳定频率

35、和快速起振，其值为 530pF，在此选择 30pF；晶振 X1 的振荡频率范围在 3.533MHz 之间选择，因为需要使用串通讯涉及波特率，所以在此选择 22.1184MHz。3.2.3 89C52 单片机的使用本次设计，使用到了 89C52 单片机的 I/O 口的输入输出功能、内部定时器T0、T1、T2 的使用及串口中断、外部中断。P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014

36、P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U2STC12C5A60S21234567816151413121110910KRP2Res Pack4VCCD0D1D2D3D4D5

37、GNDD6D7TXRX12Y112M30pFC1Cap30pFC2Cap1KR8Res2220R6Res222uFC5CapS2SW-PBVCCGNDGND图 3-6 单片机最小系统电路图89C52 单片机的 I/O 口的输入功能用于传感器信号的输入处理。通过单片机对外部传感器的信号采集处理，从而对外部条件进行判断以确定小车下一步的运行状态。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 14 页 共 54 页89C52 单片机的 I/O 口信号输出，主要是给驱动模块送控制信号用于控制电机的转动、给舵机送 PWM 控制信号控制舵机的偏转以及控制开关蜂鸣器、灯光等。单片机的内部定时器的使用是用于产生 P

38、WM 信号，以及其他需要精确时间的地方。单片机的串口中断，用于与路由器进行的串口通讯，接收电脑终端发送的串口指令。单片机的外部中断用于红外信号的接收，然后通过解码程序得到命令，从而控制小车的运动。3.3 电机驱动电路电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性，而且电机的转矩-转速特性受电源功率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。我们所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。我们使用的这种直流电机的驱动及控制需要电机驱动芯片进行驱动。常用的电机驱动芯片有 L297/298，M

39、C33886，ML4428 等。3.3.1 电机驱动模块使用我们使用的 L298N 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用 15 脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A；额定功率 25W。内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L298N 芯片

40、驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。项目使用的是 4个直流电机，项目中使用了两块 L298N 电机驱动来驱动这四个直流电机的转动。 其实物及引脚图如下图 3-7 所示。其中 6 和 11 引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作，5、7、10、12 是 298 的信号输入端和单片机的 IO口相连，2、3、13、14 脚是输出端，输入 5 和 7 脚控制输出 2 和 3 脚，输入的 10、12 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 15 页 共 54 页脚控制输出的 13、14 脚。3.3.2 驱动原理及

41、电路图驱动部分我们使用的是 L298N 驱动芯片构成的一个驱动电路模块如图 3-8 所示。3.3.3 驱动模块原理及电路原理图电路原理图如下图 3-9 所示。图 3-7 L298 驱动芯片实物及引脚图图 3-8 驱动实物图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 16 页 共 54 页IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11VSS9GND8VS4OUT12OUT23OUT313OUT414ISENA1ISENB15L298NJ3R141KR131KR121KR111KR151KR161KR171KR181KC15100uFC16104D7IN4007D11IN4007D8IN400

42、7D12IN4007D9IN4007D13IN4007D10IN4007D14IN4007C18104C17100uF1234J5OUT123J1V+5V+5V+9V+5V+9V+5V1234J4INA11K12A23K24A35K36A47K48E49C410E311C312E213C214E115C116J2guanguo使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。分别为 M1 和 M2。引脚 A，B可用于输入 PWM 脉宽调制信号对电机进行调速控制。 （如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端 IN1 接高电平输入端 I

43、N2 接低电平，电机 M1 正转。 （如果信号端 IN1 接低电平， IN2 接高电平，电机 M1 反转。 ）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端 IN3 接高电平，输入端 IN4 接低电平，电机 M2 正转。 （反之则反转） ，PWM 信号端 A 控制 M1调速，PWM 信号端 B 控制 M2 调速。可参考下图表 3-1。输入 PWM 信号改变脉宽可调速电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4调速端 A调速端B正转高低/高/反转低高/高/M1停止低低/高/正转/高低/高反转/低高/高M2停止低低/高3.4 摄像头介绍本项目中摄像头实现实时监测小车周边情况，使之成为一个无

44、线可控移动的视频监控器，也用于判断小车当前路况。3.4.1 摄像头简介表 3-1 电机驱动状态表图 3-9 L298 驱动模块电路原理图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 17 页 共 54 页摄像头(CAMERA)又称为电脑相机、电脑眼等，它作为一种视频输入设备，在过去被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。近年以来，随着互联网技术的发展，网络速度的不断提高，再加上感光成像器件技术的成熟并大量用于摄像头的制造上，这使得它的价格降到普通人可以承受的区间。普通的人也可以彼此通过摄像头在网络进行有影像、有声音的交谈和沟通，另外，人们还可以将其用于当前各种流行的数码影像、影音处理。3.

45、4.2 摄像头的分类摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者 USB接口传到计算机里。现在电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头为主，而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的 USB 数字摄像头为主，目前市场上可见的大部分都是这种产品。除此之外还有一种与视频采集卡配合使用的产品，但目前还不是主流。由于个人电脑的迅速普及，模拟摄像头的整体成本较高等原因，U

46、SB 接口的传输速度远远高于串口、并口的速度，因此现在市场热点主要是 USB 接口的数字摄像头。以下主要是指 USB 接口的数字摄像头。3.4.3 摄像头的工作原理摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过 A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过 USB 接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。我们这里是将摄像头连接在路由器的 USB 接口上，通过路由器上的摄像头驱动软件使摄像头工作，并由路由器通过 WIFI 将视频信号发送出去。电脑等终端接收设备，接收到视频信号后通

47、过控制软件的界面显示图像。3.4.4 摄像头的主要结构和组件 从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件：1、主控芯片（详情请参阅下面介绍）2、感光芯片（详情请参阅下面介绍）3、镜头（详情请参阅下面介绍）4、电源。摄像头内部需要两种工作电压：3.3V 和 2.5V，因此好的摄像头内部电源也 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 18 页 共 54 页是保证摄像头稳定工作的一个因素。在本次 wifi 小车的制作中我们使用的天敏 S606 的摄像头，如图 3-10 所示。3.5 舵机舵机如图 3-11 所示。舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基

48、本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是 4.8V，一是 6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V 对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba 的一般为白色，JR 的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA 的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会有错。 3.5.1 舵机的控制舵机的控制信号为周期是 20ms 的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为 0180 度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度

49、上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期 20ms，宽度 1.5ms 的基准信号，有一个比较器，将外图 3-11 舵机图 3-10 天敏 S606 摄像头 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 19 页 共 54 页加的 PWM 信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过 180 度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。3.5.2 舵机的作用在本次 wifi 小车中我们利用两个舵机做

50、成一个云台（如图 3-12） ，将摄像头固定在云台上，通过 89C52 单片机控制舵机旋转一定的角度，把我们想要角度的图像通过摄像头传送到电脑等终端设备。3.6 电源模块单片机和舵机需要分别单独供 5V、6V 的电源。本项目采用的是通过集成稳压芯片 LM78XX 系列构成一个 5v、6v 的稳压模块供电。LM78 系列引脚及实物图如图 3-13 所示。3.6.1 LM78 系列集成稳压芯片介绍电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的 EIC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路

51、，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V，7909 表示输出电压为负 9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。图 3-12 舵机云台 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 20 页 共 54 页在实际应用中，应在 EQWEWQW 三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用） 。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出 1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 N

52、个 1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。3.6.2 稳压电路78 稳压电路原理图如图 3-14 所示。2KR1Res3D1LED0104C3Cap104C4Cap104C7Cap104C8Cap470uC1470uC2Cap Pol3470uC5Cap Pol3470uC6Cap Pol3VinVoutGNDVR17805VinVoutGNDVR2780612P1Header 2H12P2Header 2H12P3Header 2H这是一个输出正 5

53、V、6V 直流电压的稳压电源电路。IC 采用集成稳压器7805、7806，其中电容分别为输入端和输出端滤波，LED 和电阻 R1 构成一个电源指示电路，具体参数如图 3-14 所示。当输出电较大时，7805 应配上散热板。3.7 路由器及驱动模块供电模块 LM2596路由器需要一个 12V/1A 的电源；电机驱动需要一个 8V 左右的电源。我们这图 3-13 LM78 系列稳压引脚及实物图 3-14 7805、06 集成芯片稳压电路原理图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 21 页 共 54 页里分别使用了两个可调压的 LM2596 电源模块分别调节到 想要的电压为路由器和电机驱动供电。L

54、M2596 系列是美国国家半导体公司 生产的 3A 电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（ 150KHZ） ，和基准稳压器（ 1.23V） ，并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供有： 3.3V、5V、12V 及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。 此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。图 3-15 为 LM2596 芯片实物以及引脚示意图。 1 为+VIN，2 为 out put，3 为gnd，4 为 feed back，5 为 on/off。3.7.1 LM2596 系列开关稳压集成电路的主要特性 1、最大

55、输出电流： 3A 2、最高输入电压： 37V 3、输出电压： 3.3V、5V、12V 及（ADJ）等，最大输出电压 37V4、震荡频率： 150KHZ 5、转换效率： 75%88%（不同电压输出时的 转换效率不同）6、工作温度范围 ：-40+125 7、工作模式：低功耗 /正常两种模式。可外部控制 8、工作模式控制： TTL 电平相容 9、所需外部组件：仅四个（不可调） ；六个（可调） 10、器件保护：热关断及电流限制 11、封装形式： 5 脚（TO-220(T)；TO-263(S)3.7.2 LM2596 构成的可调压电源模块开关电源调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出 3A 的驱动

56、电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。可调节输出小于 37V 的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为 150KHZ,与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需 4 个外接器件，可以使用通 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 22 页 共 54 页用的标准电感，这更优化了 LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。其中，。213(1),OUTREFRRVVR1.23REFVV213(1)OUTREFVRRRV23131 10FFCR由于路由器耗电较大需要供 12V/1A 的电，我们通过调节 LM2596 的开关电源模块电路为路由器供

57、 12V/1A 的电源以及给耗电较大的电机供电。其电路图 3-16 所示。可调压 LM2596 电路原理图如图 3-16 所示。图 3-15 LM2596 实物及引脚图图 3-16 LM2596 构成的可调压电源模块电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 23 页 共 54 页3.8 灯光、蜂鸣器及电平转换电路设计灯光、蜂鸣器及电平转换电路设计灯光、蜂鸣器及电平转换电路都是通过三极管的开关作用实现的，如图 3-17、3-18、3-19 所示。灯光电路和蜂鸣器电路都是通过单片机引脚输出高低电平到三极管的基极，使三极管导通或截止，从而控制 LED 的点亮熄灭，控制蜂鸣器的鸣叫。其中灯光电路中

58、的电阻用于限流保护发光二极管。电平转换电路中将 5V 转化为 3V 是通过滑动电阻器降压实现的，将 3V 转换为 5V是通过 3V 的信号控制三极管的截止，导通进行控制从而使三级管的发射极对应输出高低电平用于输入单片机进行处理。Q32N3904dengguangD1LED0D2LED0D3LED0GND1KR1Res1VCCMK1Mic11KR5Res2Q42N3904VCCGND34Q22N3906123P1Header 320KR3RPot1KR2Res1VCCGND3130图 3-17 灯光控制电路图 3-18 蜂鸣器控制电路图 3-19 电平转换电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书

59、第 24 页 共 54 页第 4 章 系统程序设计4.1 系统程序简介硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成，软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调工作。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。我们的小车控制是通过 89C52 单片机控制驱动电路和给舵机送控制信号，然而这些控制信号的命令又是电脑等终端设备通过无线路由器串口传送给单片机的，所以在程序中我们需要设计到串口的使用、定时器使用、I/O 口的使用。4.2 程序流程图智能

60、 WIFI 小车的软件编写主要分为命令接收部分、命令执行部分、以及具体的信号的采集和处理。4.2.1 主程序流程图系统主程序模块主要完成对系统中各模块电路的初始化等工作，主要包括对定时器、串口中断、外部中断的初始化，同时执行电脑等终端设备所发送的命令，等待外部中断以及根据所需要的功能进行相应操作。软件总体设计及程序流程如下图 4-1 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 25 页 共 54 页图 4-1 主函数流程图判断串口接收的指令开始初始化 I/O口初始化定时器T1、T2 及串口中断小车前进小车后退小车左转小车右转小车停止蜂鸣器开蜂鸣器关小车灯开小车灯关小车寻迹小车避障舵机1转舵机

61、2转小车加速小车减速4.2.2 串口中断子函数流程图通过串口中断，实现单片机和路由器进行通讯。进入中断后关掉中断，避免数据信号重复引起中断。根据命令数据发送的规律，将命令解码储存在相应的二维数组当中，方便在主函数中调用。具体流程图如下图 4-2 所示。4.2.3 定时器 2 中断子函数流程图通过定时器的初始值和循环次数，确定出舵机 PWM 信号的 20Ms 的周期，通过控 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 26 页 共 54 页制高电平持续的中断次数，来确定具体的 PWM 信号。其流程图如下图 4-3 所示。结束指令类型或数据接收到结束命令NY串口中断将 IR 归零将接收到的数据命令赋给数

62、组计数 cont=0小车方向小车速度灯蜂鸣器舵机寻迹避障计数 cont+图 4-2 串口中断流程图4.2.4 避障子函数流程图根据传感器探测到小车四周障碍物状态，从而确定驱动几个电机的旋转方向，也就确定了小车的运动状态。其流程图如下图 4-4 所示。4.2.5 寻迹函数流程图根据传感器扫黑线上的状态，从而确定驱动几个电机的旋转方向，也就确定了小 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 27 页 共 54 页车的运动状态。其流程图如下图 4-5 所示。结束t1=200？t1=200？t1=io1？、 、？t2=io2？中断标志位清零定时中断初始化 T2t1、t2 自加舵机 1 控制端归零舵机 2

63、控制端归零舵机 1 控制信号复位t1=0舵机 2 控制信号复位t1=0图 4-3 定时中断函数流程图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 28 页 共 54 页判断 P2口状态避障函数小车前进小车后退小车左转小车右转小车停止图 4-4 避障子函数流程图寻迹函数图 4-5 寻迹子函数流程图 判断 P0口状态小车前进小车后退小车左转小车右转小车停止 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 29 页 共 54 页第 5 章 制作与调试5.1 系统仿真随着科技的发展， “计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可

64、降低工程制造的风险。5.1.1 常用软件介绍1Keil 软件Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。如果你使用C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编

65、程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。其软件界面如图 5-1 所示。图 5-1 Keil 软件界面图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 30 页 共 54 页2Proteus 软件Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图

66、布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译。其软件界面如图 5-2 所示。图 5-2 Proteus 软件界面5.1.2 仿真测试1系统初始化测试：主要完成对系统中各模块电路的初始化等工作，如在 Proteus里面对软件的一些参数进行调试。将 Proteus 里的单片机 89C52 的晶振设置为我们实物中使用的参数 22.1184MHz，将 T0、T1 和 T2 定时器开启并使之从单片机的 I/O 口输出，我们通过 Proteus 软件里的示波器，就可看出我们设置的定时器初始值是否合适，如果不合适我们就能根据 I/O 口的波形，修改我们的参数直到合适为